如图所示,小灯泡L标有“6V 3W”的字样,不考虑灯丝电阻的变化,滑动变阻器的最大阻值R为24Ω,电源电压保持不变.当S闭合,S1、S2断开,滑片P滑到中点时,小灯泡恰好正常发光.保持滑片P的位置不变,闭合S、S1、S2,发现电流表的示数变化了1A.求:
(1)小灯泡正常发光时的电流.
(2)电源电压.
(3)当开关S、S1、S2都闭合时,电路消耗总功率的最小值.
【考点】欧姆定律的应用;电功率的计算.
【分析】(1)小灯泡正常发光时的电压和额定电压相等,根据P=UI求出其电流;
(2)当S闭合,S1、S2断开,滑片P滑到中点时,L与R串联,根据欧姆定律求出灯泡的电阻,根据串联电路的特点和欧姆定律求出电源的电压;
(3)保持滑片P的位置不变,开关S、S1、S2都闭合时,R0与R并联,干路电流变大,根据题意得出干路电流,根据并联电路的电压特点求出通过变阻器的电流,再根据并联电路的电流特点求出通过R0的电流,当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路消耗的总功率最小,根据并联电路中各支路独立工作、互不影响可知通过R0的电流不变,根据欧姆定律求出通过滑动变阻器的电流,利用并联电路的电流特点求出干路电流,利用P=UI求出电路消耗的最小功率.
【解答】解:(1)由P=UI可得,小灯泡正常工作时的电流:
IL===0.5A;
(2)当S闭合,S1、S2断开,滑片P滑到中点时,L与R串联,
由I=可得,灯泡的电阻:
RL===12Ω,
因串联电路中总电阻等于各分电阻之和,且电路中各处的电流相等,
所以,电源的电压:
U=I(RL+)=IL(RL+)=0.5A×(12Ω+)=12V;
(3)保持滑片P的位置不变,开关S、S1、S2都闭合时,R0与R并联,干路电流变大,
此时干路电流:
I′=I+△I=IL+△I=0.5A+1A=1.5A,
因并联电路中各支路两端的电压相等,
所以,通过滑动变阻器的电流:
I滑===1A,
因并联电路中干路电流等于各支路电流之和,
所以,通过定值电阻R0的电流:
I0=I′﹣I滑=1.5A﹣1A=0.5A,
因并联电路中各支路独立工作、互不影响,
所以,滑片移动时通过R0的电流不变,
当滑动变阻器接入电路中的电阻最大时电路消耗的总功率最小,
通过滑动变阻器的电流:
I滑′===0.5A,
干路电流:
I″=I0+I滑′=0.5A+0.5A=1A,
电路消耗的最小功率:
P=UI″=12V×1A=12W.
答:(1)小灯泡正常发光时的电流为0.5A;
(2)电源电压为12V;
(3)当开关S、S1、S2都闭合时,电路消耗总功率的最小值12W.